專利名稱：光譜儀及溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換及電信號(hào)的處理，具體地說，是涉及一種光 譜儀及應(yīng)用該光譜儀的溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于遙感測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在人類社會(huì)活動(dòng)過程中，石油產(chǎn)品發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著人類對(duì)海洋資源 獲取活動(dòng)的日益增多，尤其在油的運(yùn)輸和石油資源開發(fā)過程中，油泄露事件時(shí)有發(fā)生。作為 嚴(yán)重的海洋生態(tài)環(huán)境災(zāi)害之一，溢油不僅給海洋生態(tài)環(huán)境帶來直接影響，也給沿海地區(qū)的 經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民身體健康帶來巨大危害，因此能否有效處理溢油污染已經(jīng)成為全球關(guān)注并 著力解決的問題。處理溢油污染的前提是要監(jiān)測(cè)到溢油位置、油污類型及污染程度，這些監(jiān)測(cè)可以 通過溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。目前常用的溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般包括有激光發(fā)射與接收設(shè)備、 光譜儀及數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備，其原理是利用大功率激光與海面及表層海水中物質(zhì)的相互作 用，接收載有被監(jiān)測(cè)目標(biāo)信息的光學(xué)信號(hào)，將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)處理、采集和 計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)和識(shí)別。為便于數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備采集和處理光譜數(shù)據(jù)， 光譜儀需要對(duì)激光發(fā)射與接收設(shè)備中望遠(yuǎn)鏡接收到的熒光信號(hào)進(jìn)行分光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)輸出?，F(xiàn)有光譜儀中一般只設(shè)置有分光單元和光電轉(zhuǎn)換單元，光電轉(zhuǎn)換單元采用CCD/ PDA探測(cè)陣列或CMOS來實(shí)現(xiàn)。光電轉(zhuǎn)換單元輸出的電信號(hào)為弱電流信號(hào)，需要將該信號(hào)放 大并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后再供數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備來采集，因此，需要在光譜儀之外額外再設(shè) 置信號(hào)放大單元。這類光譜儀在使用過程中存在下述缺點(diǎn)和不足1、光電轉(zhuǎn)換單元響應(yīng)慢、 靈敏度低，且其響應(yīng)范圍在可見光、近紅外光區(qū)域，雖然包含有較大范圍的光譜信息，但對(duì) 于油熒光探測(cè)來說，該范圍內(nèi)的光譜信息幾乎沒有參考價(jià)值，增加了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的難度； 2、信號(hào)放大單元設(shè)置在光譜儀之外，光電轉(zhuǎn)換單元輸出的微弱電信號(hào)經(jīng)光譜儀輸出后，容 易因外界電磁干擾造成較大的損失，極易導(dǎo)致部分光譜信號(hào)丟失，影響溢油測(cè)量結(jié)果的精 確度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有光譜儀存在的上述缺點(diǎn)和不足，提供了一種光譜儀，通過在 光譜儀中設(shè)置信號(hào)放大單元對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大后再輸出，方便了對(duì)光譜儀測(cè)量信號(hào)的采 集，提高了其輸出的測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確度。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)—種光譜儀，包括盒體，設(shè)置在盒體內(nèi)的分光單元和光電轉(zhuǎn)換單元，以及設(shè)置在盒 體上的信號(hào)輸出單元；在所述盒體內(nèi)、靠近所述信號(hào)輸出單元一側(cè)還設(shè)置有信號(hào)放大單元， 其一方面連接所述光電轉(zhuǎn)換單元，另一方面連接所述信號(hào)輸出單元；所述信號(hào)放大單元與 所述分光單元之間設(shè)置有擋光板。[0008]如上所述的光譜儀，為減少分光單元所占據(jù)的空間、降低光譜混雜率，所述分光單 元采用下述結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)分光單元包括有狹縫，用于透射進(jìn)入光譜儀的光信號(hào)；平面鏡，用于將從狹縫透射的光信號(hào)反射出去；準(zhǔn)直鏡，接收平面鏡反射的光信號(hào)，并準(zhǔn)直為平行光束輸出；光柵，用于接收準(zhǔn)直鏡輸出的平行光束，并產(chǎn)生衍射分光；成像鏡，用于將光柵產(chǎn)生的衍射分光聚焦到所述光電轉(zhuǎn)換單元。如上所述的光譜儀，所述準(zhǔn)直鏡和所述成像鏡均采用凹面鏡來實(shí)現(xiàn)。如上所述的光譜儀，為提高光電轉(zhuǎn)換單元的響應(yīng)速度和靈敏度，所述光電轉(zhuǎn)換單 元采用32通道的光電倍增管實(shí)現(xiàn)。如上所述的光譜儀，為減少光電倍增管相鄰?fù)ǖ赖男盘?hào)在傳輸過程中的串?dāng)_，所 述光電倍增管的輸出電信號(hào)通過排線連接至所述信號(hào)放大單元的輸入端，在排線中，相鄰 的兩個(gè)光電倍增管的通道之間連接有地線。此外，本實(shí)用新型還提供了一種溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括有激光發(fā)射與接收設(shè)備、光譜 儀及數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備；所述光譜儀包括盒體，設(shè)置在盒體內(nèi)的分光單元和光電轉(zhuǎn)換單元， 以及設(shè)置在盒體上的信號(hào)輸出單元；在所述盒體內(nèi)、靠近所述信號(hào)輸出單元一側(cè)還設(shè)置有 信號(hào)放大單元，其一方面連接所述光電轉(zhuǎn)換單元，另一方面連接所述信號(hào)輸出單元；所述信 號(hào)放大單元與所述分光單元之間設(shè)置有擋光板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是通過將分光單元、光電轉(zhuǎn)換單 元及信號(hào)放大單元集成在同一盒體內(nèi)，信號(hào)的分光、光電轉(zhuǎn)換及放大在同一儀器中完成，有 效避免了外界電磁干擾而對(duì)信號(hào)造成的影響，便于信號(hào)的采集和輸出；通過設(shè)置擋光板將 盒體內(nèi)的分光單元與信號(hào)放大單元分區(qū)域隔開，一方面有效減少了雜散光對(duì)光譜儀熒光采 集的干擾，另一方面可盡可能地保護(hù)光學(xué)元件，防止其損壞；信號(hào)放大單元靠近信號(hào)輸出單 元設(shè)置，可將信號(hào)放大單元輸出的電壓信號(hào)以最短的距離從光譜儀輸出，使得盒體中傳輸 的主要電信號(hào)為電流信號(hào)，進(jìn)一步減少通道信號(hào)之間的串?dāng)_。結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變 得更加清楚。

圖1是本實(shí)用新型光譜儀一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖1示出了本實(shí)用新型所述光譜儀一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型實(shí)施例針對(duì)現(xiàn)有溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用的光譜儀中未設(shè)置信號(hào)放大單元，從 光譜儀輸出的微弱電信號(hào)在傳輸過程中容易受到外界電磁干擾而產(chǎn)生損耗、造成信號(hào)丟 失，進(jìn)一步影響監(jiān)測(cè)精確度的問題，提供了一種內(nèi)置有信號(hào)放大單元的光譜儀，并對(duì)信號(hào)放 大單元的設(shè)置位置作出合理的限定，以減少光譜儀中光信號(hào)、電信號(hào)的干擾及損耗，提高光 譜儀的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確性。[0024]結(jié)合圖1所示，具體來講，本實(shí)施例的光譜儀包括盒體1，盒體1上設(shè)置有光譜儀信 號(hào)輸出單元5，在盒體1內(nèi)部除設(shè)置有分光單元2和光電轉(zhuǎn)換單元3之外，在靠近信號(hào)輸出 單元5的一側(cè)還設(shè)置有信號(hào)放大單元4。信號(hào)放大單元4 一方面與光電轉(zhuǎn)換單元3連接，另 一方面連接信號(hào)輸出單元5。而且，在信號(hào)放大單元4和分光單元2之間設(shè)置有擋光板6， 利用擋光板6，將信號(hào)放大單元4和分光單元2分隔成兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。上述結(jié)構(gòu)的光譜儀的工作過程如下外部光信號(hào)經(jīng)光纖輸入至光譜儀盒體1中， 先經(jīng)分光單元2分光，然后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換單元3轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該電信號(hào)為微弱的脈沖電流信 號(hào)，電壓幅值較小，為便于后續(xù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的采集，該信號(hào)先輸入至信號(hào)放大單元4中。 信號(hào)放大單元4對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大的同時(shí)將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，最后通過信號(hào)輸出單元5 輸出。在該實(shí)施例中，由于光譜儀中存在有多路電信號(hào)，考慮到電壓信號(hào)比電流信號(hào)更 容易發(fā)生彼此干擾的問題，將信號(hào)放大單元4設(shè)置在靠近信號(hào)輸出單元5的一側(cè)，這樣，便 于信號(hào)放大單元4輸出的電壓信號(hào)以最短的傳輸距離輸出。此外，又考慮到信號(hào)輸出單元 5處會(huì)存在漏光，為避免漏光對(duì)光譜儀信號(hào)采集造成干擾，同時(shí)保護(hù)光學(xué)元件因強(qiáng)光照射而 損壞，該實(shí)施例在盒體1中設(shè)置了擋光板6，實(shí)現(xiàn)光路和電路的分區(qū)域布局。作為對(duì)上述光譜儀技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，該實(shí)施例光譜儀的分光單元2可優(yōu)選 采用對(duì)稱的Czerny-Turner光路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，具體結(jié)構(gòu)為分光單元2包括有狹縫21、平面鏡22、準(zhǔn)直鏡23、光柵24及成像鏡25，各部分的 相對(duì)設(shè)置位置以完成下述方向的光路傳輸為依據(jù)經(jīng)光纖輸入至光譜儀盒體1中的光信號(hào) 透過狹縫21，經(jīng)平面鏡22反射至準(zhǔn)直鏡23上；準(zhǔn)直鏡23將光信號(hào)準(zhǔn)直為平行光束后，照 射到光柵24上，產(chǎn)生衍射分光；衍射分光照射到成像鏡25上，并將成像鏡25聚焦在光電轉(zhuǎn) 換單元3上。準(zhǔn)直鏡23和成像鏡25優(yōu)選采用凹面鏡來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)的分光光路，在調(diào)節(jié)至所用的光譜范圍后，光柵24固定不掃描。上 述結(jié)構(gòu)的分光單元2結(jié)構(gòu)緊湊，所占據(jù)的空間小，從而可縮小整個(gè)光譜儀的體積；且分光單 元2光譜混雜率低，精度較高。在該實(shí)施例中，為提高光電轉(zhuǎn)換單元3的響應(yīng)速度和轉(zhuǎn)換靈敏度，優(yōu)選采用32通 道的光電倍增管來實(shí)現(xiàn)。在該實(shí)施例中，若采用光電倍增管作為光電轉(zhuǎn)換單元，結(jié)合光電倍增管的結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)，光電倍增管的輸出電信號(hào)通過排線連接至信號(hào)放大單元4的輸入端。在采用排線結(jié) 構(gòu)時(shí)，光電倍增管相鄰?fù)ǖ乐g的間距及其有限，加之其轉(zhuǎn)換輸出的電流信號(hào)強(qiáng)度低、頻率 快，通道與通道之間的信號(hào)串?dāng)_會(huì)比較嚴(yán)重。鑒于此，實(shí)施例通過在排線中相鄰的兩個(gè)光電 倍增管的通道之間連接有地線，以盡量減少信號(hào)傳輸過程中的串?dāng)_。對(duì)于信號(hào)放大單元4而言，其內(nèi)包括有若干路信號(hào)放大電路子單元，一路子單元 對(duì)應(yīng)光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)一路信號(hào)的放大和轉(zhuǎn)換。每路子單元的信號(hào)放大電 路可采用目前常用的集成放大芯片及其外圍電路來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型所述的光譜儀可應(yīng)用在溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，作為光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，接收溢 油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中激光發(fā)射與接收設(shè)備監(jiān)測(cè)的光學(xué)信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，以供數(shù)據(jù)采 集處理設(shè)備采集和處理光譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)和識(shí)別。以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其進(jìn)行限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對(duì) 前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些 修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和 范圍。
權(quán)利要求一種光譜儀，包括盒體，設(shè)置在盒體內(nèi)的分光單元和光電轉(zhuǎn)換單元，以及設(shè)置在盒體上的信號(hào)輸出單元，其特征在于，在所述盒體內(nèi)、靠近所述信號(hào)輸出單元一側(cè)還設(shè)置有信號(hào)放大單元，其一方面連接所述光電轉(zhuǎn)換單元，另一方面連接所述信號(hào)輸出單元；所述信號(hào)放大單元與所述分光單元之間設(shè)置有擋光板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于，所述分光單元包括有 狹縫，用于透射進(jìn)入光譜儀的光信號(hào)；平面鏡，用于將從狹縫透射的光信號(hào)反射出去； 準(zhǔn)直鏡，接收平面鏡反射的光信號(hào)，并準(zhǔn)直為平行光束輸出； 光柵，用于接收準(zhǔn)直鏡輸出的平行光束，并產(chǎn)生衍射分光； 成像鏡，用于將光柵產(chǎn)生的衍射分光聚焦到所述光電轉(zhuǎn)換單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光譜儀，其特征在于，所述準(zhǔn)直鏡和所述成像鏡均為凹面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光譜儀，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換單元為32 通道光電倍增管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜儀，其特征在于，所述光電倍增管的輸出電信號(hào)通過排 線連接至所述信號(hào)放大單元的輸入端，在排線中，相鄰的兩個(gè)光電倍增管的通道之間連接 有地線。
6.一種溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括有激光發(fā)射與接收設(shè)備、光譜儀及數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備，所述 光譜儀包括盒體，設(shè)置在盒體內(nèi)的分光單元和光電轉(zhuǎn)換單元，以及設(shè)置在盒體上的信號(hào)輸 出單元，其特征在于，在所述盒體內(nèi)、靠近所述信號(hào)輸出單元一側(cè)還設(shè)置有信號(hào)放大單元， 其一方面連接所述光電轉(zhuǎn)換單元，另一方面連接所述信號(hào)輸出單元；所述信號(hào)放大單元與 所述分光單元之間設(shè)置有擋光板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述分光單元包括有 狹縫，用于透射進(jìn)入光譜儀的光信號(hào)；平面鏡，用于將從狹縫透射的光信號(hào)反射出去； 準(zhǔn)直鏡，接收平面鏡反射的光信號(hào)，并準(zhǔn)直為平行光束輸出； 光柵，用于接收準(zhǔn)直鏡輸出的平行光束，并產(chǎn)生衍射分光； 成像鏡，用于將光柵產(chǎn)生的衍射分光聚焦到所述光電轉(zhuǎn)換單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直鏡和所述成像鏡均為 凹面鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換單元 為32通道光電倍增管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光電倍增管的電信號(hào)輸出 端通過排線連接至所述信號(hào)放大單元的輸入端，在排線中，相鄰的兩個(gè)光電倍增管的通道 之間連接有地線。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光譜儀及溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。所述光譜儀包括盒體，設(shè)置在盒體內(nèi)的分光單元和光電轉(zhuǎn)換單元，以及設(shè)置在盒體上的信號(hào)輸出單元；此外，在所述盒體內(nèi)、靠近所述信號(hào)輸出單元一側(cè)還設(shè)置有信號(hào)放大單元，其一方面連接所述光電轉(zhuǎn)換單元，另一方面連接所述信號(hào)輸出單元；所述信號(hào)放大單元與所述分光單元之間設(shè)置有擋光板。本實(shí)用新型通過在光譜儀中設(shè)置信號(hào)放大單元對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大后再輸出，方便了對(duì)光譜儀測(cè)量信號(hào)的采集，提高了其輸出的測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G01J3/02GK201716109SQ20102024626
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者李曉龍, 趙朝方, 馬佑軍, 齊敏珺 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)